简介

        院士口述故事是通过院士口述、组织访谈、史料编纂等方式,以挖掘整理广大院士在科研生涯中亲身经历的中国科技界的重要事件、所承担的重大创新成果以及为国家科技事业作出的贡献为重点,以“小故事”的呈现方式,通过多媒体相结合的传播形式,面向公众传播,弘扬科学精神,展示科学家风范,扩大中国科学院和学部的社会影响。

童庆禧:珠峰的太阳——珠穆朗玛科学考察记


1966-1968年,童庆禧在珠峰6300-6500米高度的东绒布冰川粒雪盆上开展冰川气象和太阳辐射观测(图片来源:中国科学院院士文库

1960年中国登山队成功登上世界最高峰——珠穆朗玛峰。出于对新中国的偏见,国外一些人不愿承认中国人的成功。1964年在贺龙、聂荣臻两位副总理的倡议下,国家体委和国家科委决定重启珠穆朗玛峰登山活动并同时组织大规模的科学考察。登山科考配合行动,且涉及学科之全面、规模宏大、人员众多,不仅在我国是创举,在国际上也属罕见。

可能是业务和身体条件的综合优势,气候研究室负责人左大康通知被遴选为考察队成员并指定参加由施雅风领导谢自楚具体负责的冰川研究专题,主要进行高山太阳辐射的观测研究。要在海拔5000-6000米以上严寒缺氧的环境下进行容不得丝毫含糊和随意的科学观测和考察,甚至更多的时候可能是一个人独立工作,这是一个全新的挑战、严峻的考验,也是难得的机遇。除太阳辐射观测研究而外,地理所还派出了一大批研究人员参加包括珠穆朗玛峰高程测量在内的相关专题的考察研究工作。   

   冰雪的挑战

太阳辐射是气候形成的三大要素之一。平日对太阳辐射的观测和研究主要限于平原和海拔较低的地区,因此,在对珠峰的科考中将高山地区太阳辐射观测列为考察对象之一。珠峰太阳辐射观测的任务是要通过珠峰地区不同高度的测量,研究太阳辐射在这一特殊高山地区随海拔高度的变化,探究影响太阳辐射变化的机理。观测项目主要以能够反映太阳本身辐射特性的直接辐射为主,散射辐射在很大程度上受周围山体影响,因而只做一些随机的观测。1966年的考察除我之外还有太阳辐射和冰川气候研究组还有兰州冰川所的寇有观、曾群柱和随中国登山队训练的谢应钦。在数百人的珠穆朗玛峰科学考察队中,我们的任务就是尽可能攀登到更高的高度上进行太阳辐射观测,获取平时不可能获得的观测数据。在海拔较低的拉萨(海拔3700)还可以收集一些当地台站的观测资料,而从珠峰登山大本营(海拔5000)以上的高度就完全靠我们自己进行实地观测了。在这氧气不及海平面一半的高山地区,走路和徒步攀登都十分困难,何况还要背上包括自己生活用品、食品和观测仪器的行囊,其难度可想而知。

为了获取更高山区的观测数据队员们往往要攀爬上一个又一个的新高度。5000、5400、6300、6500和7029都是他们设立观测点的高度。7029高度位于从北坡登山的第一险要“北坳”之顶,“北坳”是一个平均坡度为55度,高度约400的大冰坡。没有经过严格的登山专业训练是不可能攀爬上去的。因此,在这个高度上的观测就由随国家登山队训练的冰川所谢应钦完成。摆在面前的任务是必须一个人带着观测仪器到珠峰6500米登山队的前进营地设立观测点。为了到达这个高度,有很长一段路要在东绒布冰川的起伏不平的表碛和侧碛上攀爬。从5600到6000之间,绵延着一条喜马拉雅山等低纬度冰川所特有的冰塔林。冰塔的高度大多在2030,这是由于强烈的太阳辐射和冰川的相互作用所产生的差别消融所形成的。设在6500米处登山队的前进营地正位于山脚下向南的一片缓坡上,它的西面是连接海拔高度在7500的章子峰(北峰)和珠峰,从北坡登山必经之地的“天险”北坳。而一个绵延数百米以致上千米的巨大粒雪盆自西向东展布在营地的前面和东面,这正是东绒布冰川的源头。珠穆朗玛主峰就是从这里横空拔起2000多米,达到8844.43的高度。就在这严重的高山缺氧,连吃饭和睡觉都成问题的高度上,坚持了一个星期的连续观测,获得了表征珠峰高山地区太阳辐射和大气特性的一批宝贵科学数据和资料。

   再探珠峰

预定两年的珠峰登山和科考任务因文化大革命而中断,但是人们探索未知的理想却从未泯灭。1968年,这一期望的火苗又被点燃起来。那是1967年上半年的一天,竺可桢副院长召集参加1966年珠峰科考的人员开会,听取考察和科研工作的汇报。他得知登山科考中获取了大量的资料,但不够丰富;取得了不少新的认识,但不够完整;有了一些新的发现,但证据尚显不足。考察队员们积极请战,希望能再有一次机会重返珠峰地区,继续对未知的探索。对此情景,竺可桢副院长当即决定重组科考队,再探珠峰。这一决定很快得到了中院和国家科委的支持,但是,由于国家体委的现状,“登山”和“科考”就只有迈开科考这一条腿了。在这种特殊的环境下,只有科考队的单独行动,没有了登山队大部队的支持和配合,对于总是追求到更高高度上进行观测的太阳辐射研究组来说,其困难更是难上加难。大胆设想,小心求证和创新,就成为重探珠峰取得成功的关键。为此,在地理所的倡导下,一支更为综合的高山气象、辐射,甚至天文观察研究队伍在院里的支持下紧急组建起来。在这个组中,除参加过1966年考察的、寇有观和曾群柱外,增加了地理所鲍世柱大气物理所高登义兰州高原大气所沈至宝北京天文台李其德、胡岳风和兰松竹。与1966年相比这次高山科考活动在观测内容和观测的系统性都有重大拓展。在太阳辐射观测中系统地进行了太阳的分光测量,第一次通过系统的多角度观测不仅反演了大气气溶胶的光学厚度,而且对气溶胶的粒度进行了推算。

为了获得更高山地的太阳辐射和冰川气候观测数据,原计划将在1966年6500m同一地方建立观测点。由于两年来冰面的变化,从6300到6500必经之路,即东绒布冰川源头一个冰坡上出现的几条深见底的宽大裂缝,这对失去登山队支援的我们是一个难以逾越的障碍。因此,不得不改变原计划,选定一处海拔高度在6300米上下十分开阔的东绒布冰川巨大粒雪区上建立新的观测营地,并进行了近十天的连续观测。队员们自己动手在这氧气约相当平原1/3的冰原上,冒着零下十几度的严寒和刺骨的朔风,安营扎寨。在距帐篷约5060处布设了一个标准的辐射观测和一个高达4的温度和风速梯度观测架,认真仔细地安装了各种观测设备。就是在这种恶劣的条件下,我们克服了强烈难忍的高山反应,坚持观测,取得了一批难得的宝贵数据,对珠峰这种低纬度高山的太阳辐射,它的光谱组成,随高度变化特征,大气、特别是气溶胶性质有了许多新的甚至是突破性的认识。

2003年,童庆禧(左2)与他的研究团队在讨论

图片来源:中国科学院院士文库

   探索的收获

对自然的探索总是人类追求的重要目标。珠峰高山地区的科学考察特别是对太阳辐射及其组成光谱的观测为我们提供了一个研究太阳辐射的时空和光谱变化及其与大气和下垫面相互作用规律的难得机遇。1968年珠峰考察返回内地标志了野外工作阶段的结束和更加漫长而艰巨的室内数据处理和分析工作的开始。为了进行科学总结,更好地消化那些得来不易的考察资料和数据,即使处在文化大革命的高潮中,珠峰科考的总结工作还是得到了中院领导的高度重视,竺可桢副院长直接领导了总结工作,叶笃正、施雅风、左大康等先生也给予了很大的关怀和悉心指导。除直接参加高山考察的人员而外一些在这个领域颇有造诣的科技人员,如地理所的项月琴、周允华,冰川所的谢维荣、肖鉥,北京天文台的林元章、沈龙翔等都全身心地投入到对观测数据的处理和分析中,为这次科考的成果做出了积极的贡献。一年多的努力,他们既要牢牢把握对那些付出巨大代价所获得资料数据的处理和分析,又要巧妙应对和排除文化大革命的干扰。通过对观测仪器的再校正,大量数据的计算处理和综合分析,撰写了一批很有价值的科学论文。其中包括:《珠穆朗玛峰地区的太阳辐射》《珠穆朗玛峰地区太阳辐射光谱组成》《珠穆朗玛峰地区微量水汽对太阳辐射的吸收》《珠穆朗玛峰地区的大气透明状况》和《大气外太阳辐射近红外区能谱分布的测定》等。

有许多科学问题还是通过这次考察第一次涉及,例如:珠峰地区太阳光谱辐射及其比例随高度的变化;大气气溶胶的粒子特性及其与当地下垫面的关系;大气混浊度计算中国际参数的适用性问题;特定时期珠峰上空异常气溶胶的来源问题;珠峰地区低气压条件下大气中微量水汽对太阳辐射的影响;主要水汽吸收带的太阳背景辐射强度及其渗透率;依托珠峰的特殊高度和地理位置观测推算大气外界太阳光谱辐照度的可能性等问题。这次珠峰科学考察,特别是1968年具有很强针对性的系统观测研究,对探讨和揭示上述问题具有重要作用。

   后话

1966—1968年的珠穆朗玛峰的科学考察的大量组织和后勤保障工作是由与地理所合并前的中国科学院自然资源综合考察委员会承担的,他们为此次复杂、繁重、艰苦的考察工作付出了辛勤的努力,做出了重要贡献。这次考察也是地理所第一次参加对珠峰多学科系统、完整的科学考察,其内容涵盖了地质地貌、土壤植被、生物群落、地理景观、测绘制图、气象气候、冰川和太阳辐射等,而太阳辐射组又是携带仪器攀爬得最高的考察队之一。人类的探索是无止境的,作为地球之巅,珠峰为我们探索自然的奥秘提供了有利的环境。在此之后人们又一次次地对这个地区进行了考察。当今的科考条件绝非当年能比,时过境迁。当年的艰苦已经成为过去,但是在困难条件下磨练出来的珠峰考察精神还会激励后人,给人们以启迪。

节选自珠峰的太阳——珠穆朗玛科学考察记.中国科学院地理科学与资源研究所,2010-06-21

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